JPH07302851A - 不揮発性メモリの製造方法 - Google Patents

不揮発性メモリの製造方法

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JPH07302851A
JPH07302851A JP6093153A JP9315394A JPH07302851A JP H07302851 A JPH07302851 A JP H07302851A JP 6093153 A JP6093153 A JP 6093153A JP 9315394 A JP9315394 A JP 9315394A JP H07302851 A JPH07302851 A JP H07302851A
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JP
Japan
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oxide film
silicon substrate
gate
tunnel oxide
memory cells
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Pending
Application number
JP6093153A
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English (en)
Inventor
Hisanobu Sugiyama
寿伸 杉山
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 メモリセル間でデータ書き込み・消去時間に
ばらつきのないフラッシュEEPROMの製造方法を提
供する。 【構成】 シリコン基板11の表面を、RCA洗浄した
後、1%H22添加した0.1%HFで処理し、シリコ
ン基板11表面の微細な突起部11Aを除去して平坦化
させる。その後、ドライO2酸化を行ってトンネル酸化
膜12を形成する。この表面処理を行ったことにより、
トンネル酸化膜12とシリコン基板11との界面は、平
坦な面となり電界集中が起こる突起部の発生を防止する
ことが可能となる。このため、メモリセル間でデータ書
き込み・消去時間のばらつきのないフラッシュEEPR
OMを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、不揮発性メモリの製
造方法に関し、特にトンネル酸化膜を有するフラッシュ
EEPROM(一括消去型電気的消去及び書き込み可能
な読み出し専用メモリ)の製造方法に係る。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
この種の不揮発性メモリとしては、図3に示すようなフ
ラッシュEEPROMが知られている。同図に示すよう
に、このメモリは、シリコン基板1の表面に素子間分離
膜2を形成し、シリコン基板の表面にトンネル酸化膜3
を熱酸化により形成している。次に、浮遊ゲート4、シ
リコン酸化膜5、コントロールゲート6を、材料膜の積
層及びパターニング等を行って形成し、イオン注入にて
ソース・ドレイン拡散層7を形成している。このメモリ
では、トンネル酸化膜3を介してエレクトロンを浮遊ゲ
ート4に供給するようになっている。このようにFN
(fowler nordheim)トンネリングによりデータの書き
込み消去を行うFN方式のフラッシュEEPROMで
は、半導体基板から浮遊ゲートへの電子注入(データ書
き込みとする)、浮遊ゲートから半導体基板への電子放
出(データ消去とする)の特性のばらつきを抑えること
が重要な課題となっている。このようなばらつきを抑え
ることは、とくに浮遊ゲートから半導体基板への電子放
出時に重要であり、例えば多数のメモリセルを一括して
消去する場合では、特性のばらつきが大きいと、消去の
遅いメモリセルが完全に消去されないうちに、消去の速
いメモリセルが過剰に消去され、メモリセルトランジス
タが導通してしまうという問題がある。
【0003】このような問題の対策として、ベリファイ
を行いながら短いパルスを印加していくという方法があ
る。しかし、この方法では、ベリファイの動作を入れる
ため消去に時間がかかると共に、その回路を組み込む必
要があるため回路構造が複雑となるなどの問題がある。
上記したようなメモリセル間での消去の速さのばらつき
の要因は幾つかあるが、書き込み時のばらつきもその要
因の一つである。つまり、書き込み時のしきい値電圧
(Vth)シフト(電子注入レベル)が異なれば、その
後の消去に要する時間も変わってくる。よって、FNト
ンネリングによりデータの書き込み消去を行うフラッシ
ュEEPROMでは、メモリセルを消去する時の特性の
ばらつきだけでなく、書き込み時のばらつきをも抑える
ことが重要である。これらのばらつきは、特に、トンネ
ル酸化膜とシリコン基板との界面の結晶状態等の分子レ
ベルの荒れ(マイクロラフネス)に因るものであると考
えられる。図4は、Si結晶でなるシリコン基板1と、
SiO2でなるトンネル酸化膜3と、ポリシリコンでな
る浮遊ゲート4との界面を示した拡大断面図である。同
図から判るように、シリコン基板1とトンネル酸化膜3
との界面、トンネル酸化膜3と浮遊ゲート4との界面
は、平坦ではなく細かい凹凸が形成されている。シリコ
ン基板1とトンネル酸化膜3との界面では、特にシリコ
ン基板1から浮遊ゲート4側に向けて突出する突起部a
で電界集中が起こり易く、また凹凸により部分的に酸化
膜が薄くなっていることなどに起因して書き込み時のば
らつきが生じている。
【0004】本発明が解決しようとする課題は、トンネ
ル酸化膜とシリコン基板との界面でのマイクロラフネス
を抑制して、データの書き込み・消去時のFNトンネリ
ングのメモリセル毎の特性のばらつきを抑えるには、ど
のような手段を講じればよいかという点にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、半
導体基板上に第1ゲート酸化膜を形成し、この第1ゲー
ト酸化膜上に浮遊ゲートを形成し、浮遊ゲート上に第2
ゲート酸化膜を介してコントロールゲートを形成する不
揮発性メモリの製造方法において、前記半導体基板表面
にRCA洗浄処理を施し、次いで過酸化水素を添加した
フッ酸で処理を施した後に、前記第1ゲート酸化膜を形
成することを、その解決手段としている。そして、第1
ゲート酸化膜が書き込みにFNトンネリングを用いるフ
ラッシュEEPROMのトンネル酸化膜である場合に、
上記解決手段を適用する。また、上記第1ゲート酸化膜
をアンモニア雰囲気中で熱処理した後、酸化処理を行っ
て形成することを、解決手段とする。
【0006】
【作用】この発明においては、半導体基板表面をRCA
洗浄した後に、過酸化水素を添加したフッ酸で処理を行
うことにより、半導体基板表面の平坦性を向上させる作
用がある。このように半導体基板表面が平坦になると第
1ゲート酸化膜を熱酸化処理で形成した際に、表面から
均一に酸化されていくため、第1ゲート酸化膜と半導体
基板との界面も平坦性が高くなり、また、第1ゲート酸
化膜の膜厚も各メモリセル間で均一となる。このため界
面に電界集中を起こし易い凹凸が生じないため、メモリ
セル間でのデータの書き込み・消去の速さが均一とな
り、メモリセルの特性のばらつきを抑えることが可能と
なる。特に、FNトンネリングを用いて書き込みを行う
フラッシュEEPROMでは、第1ゲート酸化膜である
トンネル酸化膜と半導体基板との界面状態が改善されて
メモリセルの特性のばらつきを抑制する作用がある。さ
らに、第1ゲート酸化膜をアンモニア雰囲気中で熱処理
したシリコン窒化酸化膜とすることにより、この第1ゲ
ート酸化膜の膜質の劣化を防止し、耐圧を向上させる作
用を奏する。
【0007】
【実施例】この発明は、不揮発性メモリの製造方法にお
いて、トンネル(ゲート)酸化の前処理として、RCA
洗浄の後に過酸化水素(H22)を添加したフッ酸(H
F)でシリコン基板の表面を処理することにより、トン
ネル酸化膜とシリコン基板との界面のマイクロラフネス
の発生を抑制して、データの書き込み・消去時のFNト
ンネリングのメモリセル毎の特性のばらつきを抑えるよ
うにしたものである。
【0008】以下、この発明に係る不揮発性メモリの製
造方法の詳細を図面に示す実施例に基づいて説明する。
なお、本実施例は、フラッシュEEPROMの製造に本
発明を適用したものである。
【0009】まず、シリコン基板11のRCA洗浄およ
び表面処理を行う。このシリコン基板11は、P型Si
(格子面100)でなる。また、このRCA洗浄は、酸
系洗浄液のSC−2(HCl/H22)と希フッ酸(H
F/H2O)とを組み合わせたものである。この洗浄に
よって、シリコン基板表面のパーティクルや金属イオン
等を除去する。しかし、図1(A)に示すように、通常
のシリコン基板11の表面は、微細な突起部11Aが形
成されている。このため、突起部11Aを除去して基板
表面を平坦化するため、過酸化水素(H22)を添加し
たフッ酸(HF)で表面処理を行う。この表面処理によ
り、シリコン基板11の表面は図1(B)に示すよう
に、突起部11Aが除去されて、分子レベルで平坦化さ
れる。本実施例では、特に処理液として、1%過酸化水
素を添加した0.1%HFを用いた。
【0010】次に、従来と同様に、LOCOS技術を用
いて、素子間分離膜(図示省略する)を形成した後、例
えば、950℃で、窒素(N2)希釈のO2によるドライ
酸化を行い、図1(C)に示すような第1ゲート酸化膜
としてのトンネル酸化膜12を形成する。このトンネル
酸化膜12は、シリコン基板11の表面が平坦であるた
め、表面から均一に酸化され、その膜厚も均一となり、
シリコン基板11との界面も平坦になる。
【0011】その後、浮遊ゲートを形成するためのポリ
シリコン膜13をCVD法にて堆積させ、第2ゲート酸
化膜、コントロールゲートを形成するためのポリシリコ
ン膜を順次形成し、ゲート部のパターニングを行う。そ
の後、従来と同様に層間絶縁膜の形成や配線の形成等を
行ってフラッシュEEPROMの製造が完了する。
【0012】このようにトンネル酸化膜12を形成する
前に、上記表面処理を施したことにより、Si表面では
SiH2結合が支配的となり、表面平坦性が向上する。
このため、形成されるトンネル酸化膜12の表面も平坦
であり、ポリシリコン膜13との界面も平坦となる。ま
た、Si面から均一に酸化されるため、トンネル酸化膜
12の膜厚と膜質が均一となり、シリコン基板11とト
ンネル酸化膜12との界面も突起部のない平坦な面とな
る。このため、フラッシュEEPROMにおけるデータ
の書き込みの速さがメモリセル間で均一となる。従っ
て、データの消去の速さもメモリセル間で均一となり、
ベリファイを随時行う必要をなくすことが可能となる。
即ち、データ書き込み時のばらつきが防止できるため、
書き込み時の各メモリセル間でのVthシフト(電子注入
レベル)が均一となり、その後に行う消去に要する時間
もメモリセル間で均一となるわけである。
【0013】上記したように、トンネル酸化膜12とシ
リコン基板11との界面のマイクロラフネスを抑えるこ
とがフラッシュEEPROMの製造方法として重要であ
るが、このマイクロラフネスはトンネル酸化膜12の酸
化の前処理として、通常用いられるRCA洗浄だけでな
く、その後にH22を添加したHFで処理したことで、
膜内の電界分布も、RCA洗浄のみを行った従来のもの
に比較して大幅に均一化される。
【0014】次に、図2に示す他の実施例について説明
する。図2(A)及び(B)に示す工程は、上記実施例
と同様であり、RCA洗浄を行った後、過酸化水素を添
加したフッ酸で表面処理し、シリコン基板11の表面を
平坦化させるものである。次に、アンモニア雰囲気中で
RTN(rapid thernal nitridation)を行い、図2
(C)に示すように、シリコン基板11の表面にシリコ
ン窒化膜14を形成する。続いて、ドライO2雰囲気中
で熱酸化を行って、シリコン窒化膜14をトンネル窒化
酸化膜15に変える。本実施例では、第1ゲート酸化膜
がトンネル窒化酸化膜で構成される。その後は、従来と
同様に浮遊ゲート、第2ゲート酸化膜、コントロールゲ
ート等を形成すればよい。
【0015】このようにして、トンネル酸化膜を窒化し
たものを形成することにより、フラッシュEEPROM
の書き込み特性、消去特性をメモリセル間で均一にする
と共に、様々なディスターブ特性、繰り返し特性等を向
上することが可能となる。
【0016】以上、各実施例について説明したが、本発
明はこれらに限定されるものではなく、構成の要旨に付
随する各種の設計変更が可能である。
【0017】例えば、上記各実施例においては、過酸化
水素を添加したフッ酸での表面処理を、シリコン基板1
1に素子間分離膜を形成する前に施したが、素子間分離
膜を形成した後に行ってもよい。
【0018】また、上記実施例では、表面処理液とし
て、1%H22を添加した0.1%Hを用いたが、その
添加率は適宜変更可能である。
【0019】さらに、上記実施例は、本発明をフラッシ
ュEEPROMに適用した例であるが、NAND型EE
PROMや強誘電体メモリなどの他の不揮発性メモリの
製造に適用しても勿論よい。
【0020】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、不揮発性メモリ、特に、フラッシュEEP
ROMにおける、データの書き込み・消去に要する時間
がメモリセル間で不均一になるのを抑制する効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)〜(C)は本発明の実施例の工程を示す
拡大断面図。
【図2】(A)〜(D)は本発明の他の実施例の工程を
示す拡大断面図。
【図3】フラッシュEEPROMの断面説明図。
【図4】従来のフラッシュEEPROMの要部拡大断
面。
【符号の説明】
11…シリコン基板 11A…突起部 12…トンネル酸化膜 13…ポリシリコン膜 14…シリコン窒化膜 15…トンネル窒化酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/304 341 L 27/115

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に第1ゲート酸化膜を形成
    し、該第1ゲート酸化膜上に浮遊ゲートを形成し、該浮
    遊ゲート上に第2ゲート酸化膜を介してコントロールゲ
    ートを形成する不揮発性メモリの製造方法において、 前記半導体基板表面にRCA洗浄処理を施し、次いで過
    酸化水素を添加したフッ酸で処理を施した後に、前記第
    1ゲート酸化膜を形成することを特徴とする不揮発性メ
    モリの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1ゲート酸化膜は、トンネル酸化
    膜である請求項1記載の不揮発性メモリの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第1ゲート酸化膜は、前記半導体基
    板表面に過酸化水素を添加したフッ酸で処理を施した後
    に、アンモニア雰囲気中で熱処理し、続いて酸素雰囲気
    中で熱処理する請求項1記載の不揮発性メモリの製造方
    法。
JP6093153A 1994-05-02 1994-05-02 不揮発性メモリの製造方法 Pending JPH07302851A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009514245A (ja) 2005-10-31 2009-04-02 ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. 二重層フローティングゲートを備えているepromセル

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009514245A (ja) 2005-10-31 2009-04-02 ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー. 二重層フローティングゲートを備えているepromセル
US9899539B2 (en) 2005-10-31 2018-02-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Modified-layer EPROM cell

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